Способ доменной плавки цинксодержащих шихт

 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству чугуна с использованием цинксодержащих шихт. Предложенный способ доменной плавки цинксодержащих шихт включает технологические приемы ведения доменной плавки, в том числе формирование буферного слоя из кокса и шлакового щебня и периодическое опускание уровня засыпи шихты, при этом буферный слой формируют из отдельных слоев кокса и шлакового щебня с определенными высотой и соотношением масс. Использование изобретения обеспечивает увеличение степени удаления цинка из шахты печи и упрощение операций по подготовке и загрузке буферного слоя в печь. 3 табл.

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано в доменном производстве при плавке цинксодержащих шихт.

Известен способ доменной плавки цинксодержащих шихт [1], включающий загрузку шихты, содержащей цинк, подачу дутья, контроль температуры и выхода колошникового газа, загрузку кокса с определенной высотой слоя, периодическое опускание уровня засыпи до повышения температуры газа на колошнике до 450-500^oС, определение высоты слоя загружаемого в печь кокса (Н) из соотношения Н=А(650-t)V, где А - коэффициент, учитывающий теплофизические свойства кокса, мин/^oС м²; t - температура колошникового газа, ^oС; V - выход колошникового газа, м³/мин.

Способ позволяет удалять из печи значительную часть накопившегося в шахте цинка. Недостатком является то, что при его реализации на формирование слоя и загрузку охлаждающих (корректирующих) подач единовременно расходуется значительное (45-90 т) кокса, в порах кусков которого задерживаются мелкодисперсные частицы оксида цинка, способные выходить из печи с колошниковым газом, что снижает эффективность способа.

Наиболее близким по технической сущности к достигаемому результату является способ доменной плавки цинксодержащих шихт [2], включающий загрузку шихты, содержащей цинк, подачу дутья, контроль температуры и выхода колошникового газа, загрузку и формирование буферного слоя определенной высоты, периодическое опускание уровня засыпи до повышения температуры газа на колошнике до 450-500^oС, причем буферный слой формируют из смеси кокса и фракционированного шлакового щебня при следующем соотношении, мас.%: кокс 25-75, шлаковый щебень 75-25, а высоту буферного слоя определяют по выражению Н=(кА_к+шА_ш)(650-t) V, м, где к - доля кокса в общем объеме слоя, доля единицы; ш - доля шлакового щебня в объеме слоя, доля единицы; А_к - коэффициент, учитывающий теплофизические свойства кокса, мин/^oС м²; A_ш - коэффициент, учитывающий теплофизические свойства щебня, мин/^oС м²;
t - температура колошникового газа, ^oС;
V - выход колошникового газа, м³/мин.

Способ позволяет удалять из печи значительную часть цинка, накапливающегося в шахте. Его недостатками являются:
- необходимость предварительного смешивания кокса и шлакового щебня перед подачей в доменную печь, что создает дополнительные трудности в осуществлении режима скиповой системы загрузки, так как смесь необходимо загружать в оба скипа. Длительность этой дополнительной операции ограничена технологией доменной плавки;
- ограничения в объеме смеси и высоте буферного слоя, так как его формирование осуществляют на участке высоты от уровня засыпи шихты до горизонта с максимальной концентрацией цинка;
- опускание уровня засыпи до горизонта максимальной концентрации цинка по времени должно согласовываться с повышением температуры колошникового газа до 450-500^oС, что требует соответствующего изменения параметров дутья и газового потока. Эта зависимость для каждой печи индивидуальна и требует специальной отработки.

Целью изобретения является разработка способа доменной плавки цинксодержащих шихт, обеспечивающего эффективное удаление цинка из доменной печи с минимальным изменением технологических и технических параметров подготовительных операций и непосредственно доменного процесса.

Технический результат - увеличение степени удаления цинка из шихты печи и упрощение операций по подготовке и загрузке материалов буферного слоя в доменную печь.

Это достигается тем, что в способе, предусматривающем загрузку шихты, содержащей цинк, подачу дутья, контроль температуры и выхода колошникового газа, формирование буферного слоя определенной высоты, периодическое опускание уровня засыпи шихты, буферный слой формируют из отдельных слоев кокса и шлакового щебня при соотношении, мас.%: кокс 18-24, шлаковый щебень 82-76, а высоту буферного слоя определяют по выражению
Н_сл=А•Н_ш+(Н_к-Н_уз), м,
где Н_сл - общая высота буферного слоя, м;
А - коэффициент, определяющий положение нижней границы зоны циркуляции цинка в печах различного объема, доли единицы;
Н_ш - высота шахты доменной печи, м;
Н_к - высота колошника, м;
Н_уз - рабочее положение уровня засыпи шихты относительно кромки конуса, м,
а повышение температуры колошникового газа при опускании уровня засыпи шихты предотвращают загрузкой кокса до соотношения его общей массы к массе шлакового щебня 1:3.

Предлагаемый способ основан на том, что устранение подготовительных операций в системе загрузки и ограничений объема материалов, образующих буферный слой, позволяют увеличить высоту этого слоя. Благодаря этому высота столба шихты с измененной порозностью может быть увеличена настолько, что будет охватывать всю высоту зоны циркуляции цинка. Это приводит к разрушению не только верхней части этой зоны циркуляции цинка, но и ее нижнего участка.

Экспериментально установлено, что протяженность зоны циркуляции цинка зависит от объема доменной печи, достаточно стабильно ориентируется относительно размеров шахты и составляет 60-80% ее высоты. Исходя из этого, высота Н_сл буферного слоя можно определять как сумму протяженности зоны циркуляции в шахте, которая составляет (0,6-0,8)Н_ш, и в части колошника, заполняемой шихтой (Н_к-Н_уз). В этом случае упрощается расчет массы и объема материалов для формирования слоя, так как при этом учитываются только их фракционный состав и насыпная масса.

Формирование буферного слоя осуществляют послойной загрузкой обычного кокса и шлакового щебня, причем первой подачей загружают кокс. Соотношение масс кокса и щебня в буферном слое составляет 1:3.

В известном способе [2] при смешивании материалов наилучшее соотношение гранулометрического состава шлакового щебня и обычного кокса обеспечивает фракция щебня 40-70 мм. Это ограничение известного способа, так как при превышении указанного размера фракции пустоты между кусками щебня заполняются кусками обычного кокса наименьшей фракции, и газопроницаемость смешанного слоя резко снижается, в результате чего вынос цинка уменьшается.

Формирование буферного слоя из отдельных слоев снимает ограничение в размере используемых фракций щебня. Поэтому наряду с фракцией 40-70 мм применяют также фракцию 70-120 мм, что обеспечивает больший размер межкусковых пустот и вынос цинка повышается.

Отказ от такого фактора, как теплофизические свойства материалов, определяющие теплообмен теплопроводностью между кусками кокса и щебня в смешанном слое, при раздельной загрузке материалов буферного слоя компенсируется уменьшением удельной площади поверхности кусков щебня при увеличении их размера. Ориентировка нижней границы буферного слоя по положению нижней границы зоны циркуляции цинка, а не положению горизонта максимальной его концентрации, позволяет проводить расчет количества и общей массы материалов только по их насыпной массе. Неточности в определении нижней границы зоны циркуляции сказываются на эффективности удаления цинка значительно в меньшей мере, чем определение положения горизонта максимальной концентрации цинка, так как высота буферного слоя в предлагаемом способе охватывает всю высоту зоны циркуляции. Разрушение ее происходит практически полностью.

Значительное увеличение количества щебня по сравнению с количеством, определяемым по известному способу, не сказывается на ходе процесса, так как при отсутствии железорудных материалов тепло тратится только на нагрев материалов и расплавление шлакового щебня. Поэтому количество кокса в буферном слое составляет величину, необходимую на эти процессы, а именно 18-24%.

После нескольких подач материалов при снижении температуры колошникового газа начинают опускать уровень засыпи шихты за счет перехода на трехскиповую загрузку.

В соответствии с известным способом предусматривается синхронность повышения температуры колошникового газа до 450-500^oС и опускания уровня засыпи шихты до задаваемого горизонта, для чего изменялись параметры дутья. В предлагаемом способе синхронизация параметров не предполагается и изменение параметров дутья регламентируется только отсутствием железорудных материалов. Большее изменение их возможно, но оно не регламентируется.

При повышении температуры колошникового газа до 450-500^oС загружают очередные порции отдельно кокса и щебня. Число таких подач, то есть число циклов снижения и повышения температуры газа, определяется количеством шлакового щебня. После его расходования загружаются еще 2-4 подачи кокса. Количество этой части кокса рассчитывают, исходя из того, что соотношение его массы вместе с коксом, входящим в буферный слой, к массе шлакового щебня составляет 1/3. Она составляет 8-9% от массы щебня. После этого загружают обычную железосодержащую шихту.

Необходимость загрузки последней части кокса обусловлена двумя основными факторами:
- обеспечением запаса тепла в доменной печи для нагрева последующих порций железорудных материалов и протеканием физико-химических процессов восстановления оксидов железа;
- предотвращением проникновения мелких фракций агломерата, кокса и особенно окатышей в слой шлакового щебня, тем более, если используется щебень фракции 70-120 мм.

При движении шихты мелкие материалы не только заполняют пустоты между кусками щебня, но и перемещаются между ними с опережающей скоростью. В результате такого перемещения порозность и газопроницаемость значительной части слоя щебня резко снижается и эффективность удаления цинка из доменной печи резко падает.

Периодичность применения способа определяется для каждой доменной печи длительностью восстановления в ней зоны циркуляции цинка.

Пример. Способ был реализован на доменной печи объемом 1513 м³, работающей со средней температурой колошникового газа 350^oС, расходом дутья 2200 м³/мин, природного газа 72 нм³/тч, кислорода 105 нм³/тч. Давление дутья составляло 2,4 ати, колошникового газа 1,2 ати.

В печь загружали цинксодержащую шихту, состоящую из окатышей Лебединского, Михайловского и Костомукшского ГОКов (30%), Лебяжинского и Гороблагодатского агломератов (70%). Рабочее положение уровня засыпи шихты 2,0 м от кромки большого конуса. Расчет количества шлакового щебня и кокса, необходимых для удаления цинка, а также числа подач, проводили исходя из размеров доменной печи с учетом экспериментальных данных о положении нижней границы зоны циркуляции цинка. Исходные данные и результаты расчета приведены в табл.1.

В 12 ч 10 мин загрузили последнюю подачу с цинксодержащими железорудными материалами и в 12 ч 20 мин начали формировать буферный слой загрузкой двух четырехскиповых подач кокса (табл.2, 31 и 32), затем с 33 по 41 подачу грузили раздельными скипами шлаковый щебень и кокс в соотношении, ориентируясь по температуре колошникового газа. В 13 ч, с 35-й подачи, начали опускать уровень засыпи шихты за счет сокращения объема загрузки до трех скипов. В 15 ч 01 мин, 15 ч 08 мин и 15 ч 13 мин загрузили последние охлаждающие подачи кокса по три скипа. В 15 ч 20 мин начали восстанавливать положение уровня засыпи четырехскиповыми подачами обычной железосодержащей шихты. В 16 ч 03 мин измерительные шомполы зафиксировали положение уровня на глубине 3,2-3,5 м. В 16 ч 14 мин рабочее положение уровня засыпи было восстановлено, после чего загрузили четыре скипа кокса. На этом мероприятие по удалению цинка из доменной печи, которое длилось 4 ч 04 мин, было завершено.

В период реализации способа контролировали ход доменной печи (табл.2) и отбирали пробы колошниковой пыли. Результаты использования способа представлены в табл.3.

Результаты показывают, что формирование буферного слоя из чередующихся слоев кокса и шлакового щебня высотой, не меньшей высоты зоны циркуляции цинка, позволяет проводить длительное и эффективное удаление цинка из шахты доменной печи без перевода ее на тихий ход и без специальной подготовки материалов перед их загрузкой.

Литература
1. RU 2058394 С1, кл. С 21 В 5/00, 1996.

2. RU 2074893 С1, кл. С 21 В 5/00, 1997.

Формула изобретения

Способ доменной плавки цинксодержащих шихт, включающий загрузку шихты, содержащей цинк, подачу дутья, контроль температуры и выхода колошникового газа, формирование буферного слоя определенной высоты загрузкой кокса и шлакового щебня, периодическое опускание уровня засыпи шихты, отличающийся тем, что буферный слой формируют из отдельных слоев кокса и шлакового щебня при соотношении масс : кокс 18-24%, шлаковый щебень 82-76%, высоту слоя определяют по выражению Н_сл= А•Н_ш+(Н_к-Н_уз), где Н_сл - общая высота буферного слоя, м; А - коэффициент, определяющий положение нижней границы зоны циркуляции цинка в печах различного объема, доли единицы; Н_ш - высота шахты доменной печи, м; Н_к - высота колошника, м; Н_уз - рабочее положение уровня засыпи шихты относительно кромки конуса, м, а повышение температуры колошникового газа при опускании уровня засыпи шихты предотвращают загрузкой кокса до соотношения его общей массы и массы шлакового щебня 1: 3.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2